Галогены

Галогены

Строение и свойства атомов. Элементы главной подгруппы VII группы Периодической системы, объединенные под общим названием галогены, фтор P, хлор Сl, бром Вr, йод I, астат Аt (редко встречающийся в природе) — типичные неметаллы. Это и понятно, ведь их атомы содержат на внешнем энергетическом уровне семь электронов, и им недостает лишь одного электрона, чтобы завершить его. Атомы этих элементов при взаимодействии с металлами принимают электрон от атомов металлов. При этом возникает ионная связь и образуются соли. Отсюда общее название «галогены», т. е. «рождающие соли».

Галогены — очень сильные окислители. Фтор в химических реакциях проявляет только окислительные свойства, и для него характерна степень окисления -1. Остальные галогены могут проявлять и восстановительные свойства при взаимодействии с более электроотрицательными элементами — фтором, кислородом, азотом, при этом степени их окисления могут принимать значения +1, +3, +5, +7. Восстановительные свойства галогенов усиливаются от хлора к йоду, что связано с ростом радиусов их атомов: атомы хлора примерно вдвое меньше, чем у йода. 
 
Галогены — простые вещества. Все галогены существуют в свободном состоянии в виде двухатомных молекул с ковалентной неполярной химической связью между атомами. В твердом состоянии Р2, С12, Вг2,12 имеют молекулярные кристаллические решетки, что и подтверждается их физическими свойствами (табл. 7).

 
Физические свойства галогенов    Таблица 7

Как можно заметить, с увеличением молекулярной массы галогенов температуры плавления и кипения повышаются, возрастают плотности: бром — жидкость, йод — твердое вещество, фтор и хлор — газы. Это связано с тем, что с увеличением размеров атомов и молекул галогенов возрастают и силы межмолекулярного взаимодействия между ними. 
 
От F2 к I2 усиливается интенсивность окраски галогенов. 
 
Химическая активность галогенов, как неметаллов, от фтора к йоду ослабевает, у кристаллов йода появляется металлический блеск. 
 
Каждый галоген является самым сильным окислителем в своем периоде. Окислительные свойства галогенов отчетливо проявляются при их взаимодействии с металлами. При этом, как вы уже знаете, образуются соли (отсюда и название подгруппы). Так, фтор уже при обычных условиях реагирует с большинством металлов, а при нагревании и с золотом, серебром, платиной, известными своей химической пассивностью. Алюминий и цинк в атмосфере фтора воспламеняются.

Остальные галогены реагируют с металлами в основном при нагревании. Так, в колбе, наполненной хлором, красиво вспыхивают и сгорают кристаллики измельченной сурьмы (рис. 17), образуя при этом смесь двух хлоридов сурьмы(ІІІ) и (V): 
 

Нагретый порошок железа также загорается при взаимодействии с хлором. Опыт можно провести, как с сурьмой, но только железные опилки нужно предварительно накалить в железной ложечке, а затем высыпать их небольшими порциями в колбу с хлором. Так как хлор является сильным окислителем, то в результате реакции образуется хлорид железа(ІІІ).

В парах брома сгорает раскаленная медная проволока:

Реакция сопровождается выделением фиолетовых паров йода (почему?). 
 
Об уменьшении окислительных и увеличении восстановительных свойств галогенов от фтора к йоду можно судить и по их способности вытеснять друг друга из растворов солей. 
 
Так, хлор вытесняет бром и йод из растворов их солей.

Свободный бром вытесняет йод из солей: 

Для фтора эта реакция не характерна, так как она протекает в растворе, а фтор взаимодействует с водой, вытесняя из нее кислород.

Здесь кислород выступает в непривычной для себя роли восстановителя, это единственный, пожалуй, случай, когда кислород является не одним из исходных веществ, а продуктом горения. 
 
Ослабление окислительных свойств галогенов от фтора к йоду наглядно проявляется при взаимодействии их с водородом. Уравнение этой реакции можно записать в общем виде так: 
 
Н2 + Г2 = 2НГ 
 
(Г — условное химическое обозначение галогенов). 
 
Если фтор взаимодействует с водородом в любых условиях со взрывом, то смесь хлора с водородом реагирует со взрывом только при поджигании или облучении прямым солнечным светом, бром взаимодействует с водородом при нагревании и без взрыва. Эти реакции экзотермические. Реакция же соединения йода с водородом слабо эндотермическая, она протекает медленно даже при нагревании. 
 
В результате этих реакций образуются соответственно фтороводород НF, хлороводород НСl, бромоводород НВr и иодово-дород НI.